java语言进阶（七）_Lambda表达式

1 函数式编程思想概述

在数学中，函数就是有输入量、输出量的一套计算方案，也就是“拿什么东西做什么事情”。相对而言，面向对象过分强调“必须通过对象的形式来做事情”，而函数式思想则尽量忽略面向对象的复杂语法——强调做什么，而不是以什么形式做。

面向对象的思想:

​ 做一件事情，找一个能解决这个事情的对象，调用对象的方法，完成事情。

函数式编程思想:

​ 只要能获取到结果，谁去做的，怎么做的都不重要，重视的是结果，不重视过程。

2 冗余的Runnable代码

传统写法

当需要启动一个线程去完成任务时，通常会通过java.lang.Runnable接口来定义任务内容，并使用java.lang.Thread类来启动该线程。代码如下：

public class Demo01Runnable {
	public static void main(String[] args) {
    	// 匿名内部类
		Runnable task = new Runnable() {
			@Override
			public void run() { // 覆盖重写抽象方法
				System.out.println("多线程任务执行！");
			}
		};
		new Thread(task).start(); // 启动线程
	}
}

本着“一切皆对象”的思想，这种做法是无可厚非的：首先创建一个Runnable接口的匿名内部类对象来指定任务内容，再将其交给一个线程来启动。

代码分析

对于Runnable的匿名内部类用法，可以分析出几点内容：

• Thread类需要Runnable接口作为参数，其中的抽象run方法是用来指定线程任务内容的核心；
• 为了指定run的方法体，不得不需要Runnable接口的实现类；
• 为了省去定义一个RunnableImpl实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；
• 必须覆盖重写抽象run方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；
• 而实际上，似乎只有方法体才是关键所在。

3 编程思想转换

做什么，而不是怎么做

真的希望创建一个匿名内部类对象吗？不，只是为了做这件事情而不得不创建一个对象。真正希望做的事情是：将run方法体内的代码传递给Thread类知晓。

传递一段代码——这才是真正的目的。而创建对象只是受限于面向对象语法而不得不采取的一种手段方式。那，有没有更加简单的办法？如果将关注点从“怎么做”回归到“做什么”的本质上，就会发现只要能够更好地达到目的，过程与形式其实并不重要。

生活举例

当需要从北京到上海时，可以选择高铁、汽车、骑行或是徒步。真正目的是到达上海，而如何才能到达上海的形式并不重要，所以一直在探索有没有比高铁更好的方式——搭乘飞机。

而现在这种飞机（甚至是飞船）已经诞生：2014年3月Oracle所发布的Java 8（JDK 1.8）中，加入了Lambda表达式的重量级新特性，打开了新世界的大门。

4 体验Lambda的更优写法

借助Java 8的全新语法，上述Runnable接口的匿名内部类写法可以通过更简单的Lambda表达式达到等效：

public class Demo02LambdaRunnable {
	public static void main(String[] args) {
		new Thread(() -> System.out.println("多线程任务执行！")).start(); // 启动线程
	}
}

这段代码和刚才的执行效果是完全一样的，可以在1.8或更高的编译级别下通过。从代码的语义中可以看出：启动了一个线程，而线程任务的内容以一种更加简洁的形式被指定。

不再有“不得不创建接口对象”的束缚，不再有“抽象方法覆盖重写”的负担，就是这么简单！

5 回顾匿名内部类

Lambda是怎样击败面向对象的？在上例中，核心代码其实只是如下所示的内容：

() -> System.out.println("多线程任务执行！")

为了理解Lambda的语义，需要从传统的代码起步。

使用实现类

要启动一个线程，需要创建一个Thread类的对象并调用start方法。而为了指定线程执行的内容，需要调用Thread类的构造方法：

• public Thread(Runnable target)

为了获取Runnable接口的实现对象，可以为该接口定义一个实现类RunnableImpl：

public class RunnableImpl implements Runnable {
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("多线程任务执行！");
	}
}

然后创建该实现类的对象作为Thread类的构造参数：

public class Demo03ThreadInitParam {
	public static void main(String[] args) {
		Runnable task = new RunnableImpl();
		new Thread(task).start();
	}
}

使用匿名内部类

这个RunnableImpl类只是为了实现Runnable接口而存在的，而且仅被使用了唯一一次，所以使用匿名内部类的语法即可省去该类的单独定义，即匿名内部类：

public class Demo04ThreadNameless {
	public static void main(String[] args) {
		new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("多线程任务执行！");
			}
		}).start();
	}
}

匿名内部类的好处与弊端

一方面，匿名内部类可以省去实现类的定义；另一方面，匿名内部类的语法——确实太复杂了！

语义分析

仔细分析该代码中的语义，Runnable接口只有一个run方法的定义：

• public abstract void run();

即制定了一种做事情的方案（其实就是一个函数）：

• 无参数：不需要任何条件即可执行该方案。
• 无返回值：该方案不产生任何结果。
• 代码块（方法体）：该方案的具体执行步骤。

同样的语义体现在Lambda语法中，要更加简单：

() -> System.out.println("多线程任务执行！")

• 前面的一对小括号即run方法的参数（无），代表不需要任何条件；
• 中间的一个箭头代表将前面的参数传递给后面的代码；
• 后面的输出语句即业务逻辑代码。

6 Lambda标准格式

Lambda省去面向对象的条条框框，格式由3个部分组成：

• 一些参数
• 一个箭头
• 一段代码

Lambda表达式的标准格式为：

(参数类型 参数名称) -> { 代码语句 }

格式说明：

• 小括号内的语法与传统方法参数列表一致：无参数则留空；多个参数则用逗号分隔。
• ->是新引入的语法格式，代表指向动作。
• 大括号内的语法与传统方法体要求基本一致。

7 练习：使用Lambda标准格式（无参无返回）

题目

给定一个厨子Cook接口，内含唯一的抽象方法makeFood，且无参数、无返回值。如下：

public interface Cook {
    void makeFood();
}

在下面的代码中，请使用Lambda的标准格式调用invokeCook方法，打印输出“吃饭啦！”字样：

public class Demo05InvokeCook {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCook方法
    }

    private static void invokeCook(Cook cook) {
        cook.makeFood();
    }
}

解答

public static void main(String[] args) {
    invokeCook(() -> {
      	System.out.println("吃饭啦！");
    });
}

备注：小括号代表Cook接口makeFood抽象方法的参数为空，大括号代表makeFood的方法体。

8 Lambda的参数和返回值

需求:
    使用数组存储多个Person对象
    对数组中的Person对象使用Arrays的sort方法通过年龄进行升序排序

下面举例演示java.util.Comparator<T>接口的使用场景代码，其中的抽象方法定义为：

• public abstract int compare(T o1, T o2);

当需要对一个对象数组进行排序时，Arrays.sort方法需要一个Comparator接口实例来指定排序的规则。假设有一个Person类，含有String name和int age两个成员变量：

public class Person { 
    private String name;
    private int age;
    
    // 省略构造器、toString方法与Getter Setter 
}

传统写法

如果使用传统的代码对Person[]数组进行排序，写法如下：

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;

public class Demo06Comparator {
    public static void main(String[] args) {
      	// 本来年龄乱序的对象数组
        Person[] array = {
        	new Person("古力娜扎", 19),
        	new Person("迪丽热巴", 18),
       		new Person("马尔扎哈", 20) };

      	// 匿名内部类
        Comparator<Person> comp = new Comparator<Person>() {
            @Override
            public int compare(Person o1, Person o2) {
                return o1.getAge() - o2.getAge();
            }
        };
        Arrays.sort(array, comp); // 第二个参数为排序规则，即Comparator接口实例

        for (Person person : array) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}

这种做法在面向对象的思想中，似乎也是“理所当然”的。其中Comparator接口的实例（使用了匿名内部类）代表了“按照年龄从小到大”的排序规则。

代码分析

下面我们来搞清楚上述代码真正要做什么事情。

• 为了排序，Arrays.sort方法需要排序规则，即Comparator接口的实例，抽象方法compare是关键；
• 为了指定compare的方法体，不得不需要Comparator接口的实现类；
• 为了省去定义一个ComparatorImpl实现类的麻烦，不得不使用匿名内部类；
• 必须覆盖重写抽象compare方法，所以方法名称、方法参数、方法返回值不得不再写一遍，且不能写错；
• 实际上，只有参数和方法体才是关键。

Lambda写法

import java.util.Arrays;

public class Demo07ComparatorLambda {
    public static void main(String[] args) {
        Person[] array = {
          	new Person("古力娜扎", 19),
          	new Person("迪丽热巴", 18),
          	new Person("马尔扎哈", 20) };

        Arrays.sort(array, (Person a, Person b) -> {
          	return a.getAge() - b.getAge();
        });

        for (Person person : array) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}

9 练习：使用Lambda标准格式（有参有返回）

题目

给定一个计算器Calculator接口，内含抽象方法calc可以将两个int数字相加得到和值：

public interface Calculator {
    int calc(int a, int b);
}

在下面的代码中，请使用Lambda的标准格式调用invokeCalc方法，完成120和130的相加计算：

public class Demo08InvokeCalc {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO 请在此使用Lambda【标准格式】调用invokeCalc方法来计算120+130的结果ß
    }

    private static void invokeCalc(int a, int b, Calculator calculator) {
        int result = calculator.calc(a, b);
        System.out.println("结果是：" + result);
    }
}

解答

public static void main(String[] args) {
    invokeCalc(120, 130, (int a, int b) -> {
      	return a + b;
    });
}

备注：小括号代表Calculator接口calc抽象方法的参数，大括号代表calc的方法体。

10 Lambda省略格式

可推导可省略

Lambda强调的是“做什么”而不是“怎么做”，所以凡是可以根据上下文推导得知的信息，都可以省略。例如上例还可以使用Lambda的省略写法：

public static void main(String[] args) {
  	invokeCalc(120, 130, (a, b) -> a + b);
}

省略规则

在Lambda标准格式的基础上，使用省略写法的规则为：

1. 小括号内参数的类型可以省略；
2. 如果小括号内有且仅有一个参，则小括号可以省略；
3. 如果大括号内有且仅有一个语句，则无论是否有返回值，都可以【省略大括号、return关键字及语句分号】（注意：要省略三者必须同时省略）。

备注：掌握这些省略规则后，请对应地回顾本章开头的多线程案例。

11 练习：使用Lambda省略格式

题目

仍然使用前文含有唯一makeFood抽象方法的厨子Cook接口，在下面的代码中，请使用Lambda的省略格式调用invokeCook方法，打印输出“吃饭啦！”字样：

public class Demo09InvokeCook {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO 请在此使用Lambda【省略格式】调用invokeCook方法
    }

    private static void invokeCook(Cook cook) {
        cook.makeFood();
    }
}

解答

public static void main(String[] args) {
  	invokeCook(() -> System.out.println("吃饭啦！"));
}

12 Lambda的使用前提

Lambda的语法非常简洁，完全没有面向对象复杂的束缚。但是使用时有几个问题需要特别注意：

1. 使用Lambda必须具有接口，且要求接口中有且仅有一个抽象方法。
   无论是JDK内置的Runnable、Comparator接口还是自定义的接口，只有当接口中的抽象方法存在且唯一时，才可以使用Lambda。
2. 使用Lambda必须具有上下文推断。
   也就是方法的参数或局部变量类型必须为Lambda对应的接口类型，才能使用Lambda作为该接口的实例。

备注：有且仅有一个抽象方法的接口，称为“函数式接口”。